КТГ своими руками
Наиболее простым вариантом для реализации в домашних условиях является кавитационный генератор трубчатого типа с одним или несколькими соплами для нагревания воды. Поэтому разберем пример изготовления именно такого устройства, для этого вам понадобится:
- Насос – для нагревания обязательно выбирайте тепловой насос, который не боится постоянного воздействия высоких температур. Он должен обеспечивать рабочее давление на выходе в 4 – 12атм.
- 2 манометра и гильзы для их установки – размещаются с двух сторон от сопла для измерения давления на входе и выходе из кавитационного элемента.
- Термометр для измерения величины нагрева теплоносителя в системе.
- Клапан для удаления лишнего воздуха из кавитационного теплогенератора. Устанавливается в самой верхней точке системы.
- Сопло – должно иметь диаметр проходного отверстия от 9 до 16мм, делать меньше не рекомендуется, так как кавитация может возникнуть уже в насосе, что значительно снизит срок его эксплуатации. По форме сопло может быть цилиндрическим, коническим или овальным, с практической точки зрения вам подойдет любое.
- Трубы и соединительные элементы (радиаторы отопления при их отсутствии ) – выбираются в соответствии с поставленной задачей, но наиболее простым вариантом являются пластиковые трубы под пайку.
- Автоматика включения/отключения кавитационного теплогенератора – как правило, подвязывается под температурный режим, устанавливается на отключение примерно при 80ºС и на включение при снижении менее 60ºС. Но режим работы кавитационного теплогенератора вы можете выбрать самостоятельно.
Рис. 6: схема кавитационного теплогенератора
Перед соединением всех элементов желательно нарисовать схему их расположения на бумаге, стенах или на полу. Места расположения необходимо размещать вдали от легковоспламеняемых элементов или последние нужно убрать на безопасное расстояние от системы отопления.
Соберите все элементы, как вы изобразили на схеме, и проверьте герметичность без включения генератора. Затем опробуйте в рабочем режиме кавитационного теплогенератора, нормальным нарастанием температуры жидкости считается 3- 5ºС за одну минуту.
В связи с высокими ценами на промышленное отопительное оборудование многие умельцы собираются делать своими руками экономичный нагреватель вихревой теплогенератор.
Такой теплогенератор представляет собой всего лишь немного видоизмененный центробежный насос. Однако, чтобы собрать самостоятельно подобное устройство, даже имея все схемы и чертежи, нужно иметь хотя бы минимальные знания в данной сфере.
Немного истории
Вихревой тепловой генератор считается перспективной и инновационной разработкой. А между тем, технология не нова, так как уже почти 100 лет назад ученые думали над тем, как применить явление кавитации.
Труба Ранка, проникая в которую газообразная среда делится на горячий и холодный воздух — это явление было открыто в начале двадцатого века, а применяется на практике сегодня
Первая действующая опытная установка, так-называемая «вихревая труба», была изготовлена и запатентована французским инженером Джозефом Ранком в 1934 году.
Ранк первым заметил, что температура воздуха на входе в циклон (воздухоочиститель) отличается от температуры той же воздушной струи на выходе. Впрочем, на начальных этапах стендовых испытаний, вихревую трубу проверяли не на эффективность нагрева, а наоборот, на эффективность охлаждения воздушной струи.
Показанный на схеме принцип работы вихревой трубы несложен — поток проходит через камеру закрутки, где разбивается на два потока с разной температурой
Технология получила новое развитие в 60- х годах двадцатого века, когда советские ученые догадались усовершенствовать трубу Ранка, запустив в нее вместо воздушной струи жидкость.
За счет большей, в сравнении воздухом, плотности жидкой среды, температура жидкости, при прохождении через вихревую трубу, менялась более интенсивно. В итоге, опытным путем было установлено, что жидкая среда, проходя через усовершенствованную трубу Ранка, аномально быстро разогревалась с коэффициентом преобразования энергии в 100%!
К сожалению, необходимости в дешёвых источниках тепловой энергии на тот момент не было, и технология не нашла практического применения. Первые действующие кавитационные установки, предназначенные для нагрева жидкой среды, появились только в середине 90-х годов двадцатого века.
На фото показан демонстрационный вихревой генератор, в котором вода циркулирует в замкнутом контуре
Череда энергетических кризисов и, как следствие, увеличивающийся интерес к альтернативным источникам энергии послужили причиной для возобновления работ над эффективными преобразователями энергии движения водяной струи в тепло. В результате, сегодня можно купить установку необходимой мощности и использовать ее в большинстве отопительных систем.
Оборудование для воздушного отопления частного дома
Смонтированное устройство воздухообогрева представляет собой центральную систему кондиционирования, обеспечивающую круглосуточный обогрев и циркуляцию воздуха, поддерживающего заданную температуру в помещении. Традиционно система воздушного отопления состоит из следующих основных частей:
- воздухонагревателя;
- вентилятора;
- воздуховодов;
- дополнительных модулей.
Нагреватели для воздушного отопления делятся на теплогенераторы и калориферы
Основным механизмом воздушной системы являются нагреватели. Они могут быть двух видов:
- Калориферы, канальные агрегаты. Воздух нагревается в момент вентиляции, проходя по разогретым каналам.
- Теплогенераторы. Обогревают воздух путем сжигания различных видов топлива.
Воздушное отопление в частном доме, в производственных помещениях оснащается вентиляторами, которые обеспечивают забор холодного и движение теплого воздуха. Они различаются по мощности, принципу работу (дутьевые и вытяжные) и производительности. Воздуховоды могут иметь два назначения:
- приточные (подающие воздух к нагревательным приборам);
- обратные (транспортирующие уже нагретый воздух).
Монтаж систем воздушного отопления предполагает размещение воздухоотводящих каналов под фальшполом, над фальшпотолком, в перекрытиях и стенах.
Многие такие системы имеют вспомогательные модули, целью которых является дополнительная очистка воздуха и его увлажнение. Для очистки воздуха применяются фильтры. Чаще это многоступенчатое устройство, которое сначала улавливает крупные частицы, затем пластичный электростатический слой задерживает более мелкие (до 0,01 мкм) компоненты, а угольный механизм, удаляющий запахи, пропускает в помещение свежий и теплый воздух.
В системе воздушного отопления используются два вида вентиляторов – приточные и обратные
Самодельные теплогенераторы
Тем не менее, как демонстрация интересного физического процесса, сделанный своими руками теплогенератор имеет право на жизнь.
Наиболее проста в изготовлении «вихревая трубка», или статический теплогенератор.
Конструктивно наше сопло Лаваля будет выглядеть как металлический патрубок с трубной резьбой на концах, позволяющей при помощи резьбовых муфт соединить его с трубопроводом. Для изготовления патрубка понадобится токарный станок.
- Сама форма сопла, точнее, его выходной части, может отличаться по исполнению. Вариант «а» наиболее прост в изготовлении, а его характеристики можно варьировать изменением угла выходного конуса в пределах 12-30 градусов. Однако такой тип сопла обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, а, следовательно, и наименьшую кавитацию в потоке.
- Вариант «б» более сложен в изготовлении, но за счет максимального перепада давления на выходе сопла создаст и наибольшую турбулентность потока. Условия для возникновения кавитации в этом случае являются оптимальными.
- Вариант «в» — компромиссный по сложности изготовления и эффективности, поэтому стоит остановиться на нем.
Изготовив сопло, можно собрать экспериментальный контур, состоящий из электрического насоса, соединительных патрубков, непосредственно сопла и термометра, который мы используем для определения эффективности устройства. Для уменьшения влияния рассеивания тепла в окружающую среду патрубки лучше всего сделать короткими и замотать их теплоизоляционным материалом. Заполнив контур устройства водой и запомнив ее количество, включим насос ровно на час, чтобы по электросчетчику определить количество израсходованной электроэнергии.
Тепловую мощность самодельного теплогенератора можно определить по следующей формуле, известной по школьному курсу физики:
E=cm(T2-T1)
Где с — это удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг*К)), m — ее масса, T2 — температура воды в конце работы насоса, Т1 — температура в начале. Полученную энергию, измеренную в джоулях. Сравнить ее с израсходованной электроэнергией можно, учитывая соотношение в 1000 Дж на 0.000277 киловатт-часов энергии. Иначе говоря, при стопроцентном КПД устройство, израсходовавшее 1 киловатт-час энергии, не сможет создать тепловой энергии больше 3600 килоджоулей.
ПРИМЕР: Наше устройство нагрело за час 1 литр воды с 10 до 60 градусов. Получаем тепловую энергию в 210 килоджоулей.
Посмотрите, что сообщают о таких устройствах производители
Самостоятельное изготовление оборудования
Создать кавитатор своими руками вполне реально, но предварительно стоит ознакомиться со схематическими особенностями, точными чертежами агрегата, понять и подробно изучить принцип, по которому он действует. Наиболее простой моделью принято считать ВТГ Потапова с показателем КПД в 93%. Схематически теплогенератор довольно прост, будет уместен в быту и промышленном применении.
Приступая к сборке агрегата, необходимо подобрать в систему насос, который должен полностью соответствовать требованиям мощности, необходимой тепловой энергии. В большинстве своем описываемые генераторы по форме напоминают сопло, такие модели самые удобные и простые для домашнего применения.
При собственноручном создании теплогенератора не забываем нужные зап.части, например, гильзы
Создание кавитатора невозможно без предварительной подготовки определенных инструментов и приспособлений. К ним относятся:
- патрубки входного и выходного типа, оснащенные краниками;
- манометры, измеряющие давление;
- термометр, без которого невозможно произвести замер температуры;
- гильзы, которыми дополняются термометры;
- вентили, с помощью которых из всей отопительной системы устраняются воздушные пробки.
Специалисты рекомендуют следить за диаметральным показателем сечения отверстия, которое присутствует между конфузором и диффузором. Оптимальные пределы варьируются от 8 до 15 единиц, выход за эти рамки нежелателен.
Последовательность конструирования кавитационного теплогенератора своими руками представлена следующими действиями:
Выбор насоса, который предназначен для эксплуатации с жидкостями высоких температур. В противном случае он быстро выйдет из строя. К такому элементу предъявляется обязательное требование: создание давления от 4 атмосфер.
Выполнение емкости для кавитации. Главным условием выступает подбор необходимого по сечению проходного канала.
Выбор сопла с учетом особенностей конфигурации. Такая деталь может быть цилиндрического, конусообразного, округлого типа
Важно, чтобы на входе воды в емкость развивался вихревой процесс.
Подготовка внешнего контура — немаловажная процедура. Он представляет собой изогнутую трубку, которая отходит от кавитационной камеры. Далее она соединяется с двумя гильзами от термометра и двумя манометрами, а также с воздушным вентилем, помещенным в пространство между выходом и входом.
Далее она соединяется с двумя гильзами от термометра и двумя манометрами, а также с воздушным вентилем, помещенным в пространство между выходом и входом.
Когда закончена работа с корпусом, следует поэкспериментировать с обогревателем. Процедура заключается в подведении насосной установки к электросети, при этом радиаторы подключаются с обогревательной системой. Следующий шаг — включение сети.
Если конструкция работает исправно, в нее подается необходимое количество воды. Хороший показатель — подогрев жидкости на 3-5 градусов за 10-15 минут.
Нагреватель кавитационного типа представляет собой выгодную установку, за короткое время обогревает здание, к тому же максимально экономичен. При желании он легко конструируется в домашних условиях, для чего понадобятся доступные и недорогие приспособления.
Обзор популярных моделей
Не смотря на то, что пока еще процесс кавитации не совсем изучен, оборудование, работающее на его принципах, уже разрабатывается специалистами на многих предприятиях. Причем некоторые модели уже находятся в стадии подготовки к серийному выпуску. Они представляют собой электроустановки, которые используют для отопления и приготовления горячей воды.
Теплогенератор марки TC1
Но есть и уже выпускаемые модели. В качестве примера можно рассмотреть кавитационный теплогенератор TC1. Это современный и высокоэффективный прибор, с широким спектром действия. Он может использоваться для систем отопления, вентилирования, приготовления горячей воды.
Прибор укомплектован стандартным двигателем на 3000 об/мин, питающимся от сети в 380 В. Он устанавливается на одной раме с активатором, отвечающим за преобразование механической энергии в тепловую.
Кавитационные теплогенераторы производятся в некоторых из стран СНГ. Причем у различных производителей они имеют свои названия.
Модель ВТГ – 2,2
Наиболее известны на постсоветском пространстве следующие компании:
- ЮСМАР (Молдова);
- ЮрЛе и Ко (Беларусь);
- Текмаш (Украина);
- Гравитон (Россия).
Но все же купить такой прибор еще довольно сложно, поэтому и цены на них завышены. Например, у бытового кавитационного теплогенератора мощностью до 50 кВт цена составляет в среднем 50-55 тысяч рублей.
Если рассматривать вихревые модели, то они являются более простыми в конструктивном плане, однако и эффективность у такого оборудования несколько ниже. Сегодня на рынке продукцию такого класса предлагает всего несколько компаний. Среди них роторный гидроударный насос марки Радекс выпускает НПП Новые технологии.
Электрогидроударные и гидроударные модели Торнадо и Vektorplus производят в белорусской компании Юрле-К. Купить их можно в дилерских центрах и магазинах в странах СНГ.
Аналогичное оборудование выпускается и некоторыми российскими заводами. В их линейку входят в основном агрегаты небольшой мощности. Из них самой малой является ВТГ – 2,2. Она способна обогревать здание объемом не более 90 м³. Принцип его работы идентичен аналогичным приборам. На ротор двигателя теплогенератора установлен шнек, через него проходит поток жидкости. После нагрева она подается в трубопровод отопления. Стоимость этой модели не превышает 34 тысяч рублей.
К аппаратам со средними показателями мощности относятся кавитационные теплогенераторы ВТГ – 30. Эта модель рассчитана на дома объемом до 1400 м³. Однако с ней в комплекте необходимо приобретать шкаф управления. В этом случае процесс нагрева жидкости будет полностью автоматизирован. Но и стоит такой прибор около 150 тысяч рублей.
Смотрим видео немного о вихревых теплогенераторах:
Ижевские производители выпускают кавитационные вихревые теплогенераторы ИТПО. Они комплектуются двигателем и цилиндрической насадкой. Работая в режиме насоса, агрегат нагнетает жидкость. Затем происходит создание вихревого потока, остановка которого возможна при помощи тормозного устройства. Именно на этом этапе и осуществляется нагрев теплоносителя.
Если верить заявлениям производителя, то КПД для этой модели может достигать 150%. Возможно именно этот показатель и привлекает к еще новому оборудованию большую аудиторию потребителей, желающих кавитационный теплогенератор купить для отопления собственного дома.
Информация об устройстве
Теплогенератор – это специальный прибор, основная цель которого вырабатывать тепло, путем сжигания, загружаемого в него, топлива. При этом вырабатывается тепло, которое затрачивается на обогрев теплоносителя, который уже в свою очередь непосредственно выполняет функцию обогрева жилой площади.
Первые теплогенераторы появились на рынке еще в 1856 году, благодаря изобретению британского физика Роберта Бунзена, который в ходе ряда проведенных опытов заметил, что вырабатываемое при горении тепло можно направлять в любое русло.
С тех пор генераторы, конечно же, модифицировались и способны обогревать гораздо больше площади, нежели это было 250 лет назад.
Теплогенераторы для воздушного отопления
Теплогенераторы сегодня создают сильную конкуренцию классическим котлам отопления.
Теплогенераторы являются специальным оборудованием, которое используется для извлечения теплоносителя при сжигании горючего разных типов. По своему принципу, все такие агрегаты устроены идентично.
В основе находится камера сгорания, за счет которой происходит воздушное отопление помещений.
На нижней части камеры сгорания располагается кулер, задача которого всасывать холодный воздух с улицы или из самого здания и посылать его через камеру сгорания в здание за счет системы воздухоотводов.
Теплогенераторы на газу
Тепловые установки на газу наиболее широко распространены, поскольку газовые трассы сейчас разветвляются все более обширно, а значит, топливо для теплогенератора не нужно будет перевозить, складывать на хранение и загружать в агрегат.
Дополнительным преимуществом таких устройств является и тот факт, что газ содержит меньшее количество вредоносных элементов, чем другие виды топлива. КПД таких устройств не редко достигают 90%. Газовый теплогенератор может быть с закрытой или раскрытой топкой.
Вариант с закрытой топкой более безопасен, но стоит дороже, так как более технологичен.
Дизельные теплогенераторы
Такие устройства вторые по популярности и используются в основном там, где нет доступа к газовой трассе. Дизельные теплогенераторы оснащаются разными форсунками: распыляющими, порционными. Распыляющие форсунки подают топливо в камеру сгорания непрерывно, рассеивая его равномерно по всех камере, в то время как порционные форсунки многократно подают топливо небольшими порциями.
Теплогенераторы универсального типа
Такие генераторы универсального типа могут работать на дизельном топливе, проработанном автомобильном масле, керосине и даже на жирах.
По сравнению с дизельными теплогенераторами, эти устройства обладают несколько меньшей мощностью, но при этом широко используются для обогрева автомастерских и ряда других помещений.
Необходимо учитывать, что в теплогенераторах универсального типа в камере сгорания откладываются шлаки, поэтому они нуждаются в ежедневной чистке. По этой причине такие устройства продаются с двумя камерами сгорания, что позволяет обеспечить постоянную работу.
Вихревой теплогенератор
В таком теплогенераторе нагрев воды происходит благодаря синтезу и трению молекул воды. Эти агрегаты экологически чистые, простые в эксплуатации, пожаро-безопасные.
Теплогенераторы на твердом топливе
Они представляют собой своеобразный гибрид между теплогенератором и самой обыкновенной печью.
Горючим для таких устройств выступают высохшая древесина, прессованный торф, древесная стружка, жесткий антрацит и не только.
Главное это двигатель
Выбирать двигатель нужно в зависимости от того, какое напряжение имеется. Есть много схем, при помощи которых можно подключить к сети 220 Вольт двигатель на 380 Вольт и наоборот. Но это другая тема.
Начинают сборку теплового генератора с электродвигателя. Его надо будет закрепить на станине. Конструкция этого устройства представляет собой металлический каркас, который проще всего сделать из угольника. Размеры надо будет подбирать на месте для тех устройств, которые будут в наличии.
Чертеж вихревого теплогенератора.
Список инструментов и материалов:
- угловая шлифовальная машинка;
- сварочный аппарат;
- электродрель;
- набор сверл;
- рожковые или накидные ключи на 12 и на 13;
- болты, гайки, шайбы;
- металлический уголок;
- грунтовка, краска, кисть малярная.
- Нарежьте при помощи угловой шлифовальной машинки угольники. Используя сварочный аппарат, соберите прямоугольную конструкцию. Как вариант — сборку можете сделать при помощи болтов и гаек. На конечном варианте конструкции это не скажется. Длину и ширину подберите так, чтобы все детали оптимально разместились.
- Вырежьте еще один кусок угольника. Прикрепите его как поперечину с таким расчетом, чтобы можно было закрепить двигатель.
- Сделайте покраску рамы.
- Просверлите отверстия в каркасе под болты и установите двигатель.
Принцип действия
Так выглядит рабочий генератор Потапова — поток воды из патрубка очень горячий
Традиционно считалось, что кавитация — это паразитное явление, характеризующееся интенсивным образованием пузырьков, которые, во время схлопывания, провоцируют разрушение окружающих предметов.
Характерный пример последствий кавитации — разрушение корабельных винтов или разрушение крыльчатки лопастных насосов. Теплогенератор вихревого типа — это прибор, в котором паразитное явление приносит пользу.
На фото еще один теплогенератор Потапова, в ходе испытательных работ подключённый к отопительному радиатору
Кавитация позволяет не давать воде тепло, а извлекать тепло из движущейся воды, при этом нагревая ее до значительных температур.
Несмотря на то, что кавитация — это паразитное явление, конструкционные элементы современных теплогенераторов, в отличии от тех же корабельных винтов, не страдают. Это объясняется тем, что кавитационные процессы протекают не вокруг дискового активатора, а за ним.
Принцип действия кавитационного преобразователя
| Иллюстрация | Описание процесса |
|
Устройство и особенности функционирования
Так выглядит стационарная кавитационная установка, подключённая к промышленной системе отопления
Устройство действующих образцов вихревых теплогенераторов внешне несложное. Мы можем видеть массивный двигатель, к которому подключена цилиндрическое приспособление «улитка».
«Улитка» — это доработанная версия трубы Ранка. Благодаря характерной форме, интенсивность кавитационных процессов в полости «улитки» значительно выше в сравнении с вихревой трубой.
Дисковый активатор, одетый на вал — это приспособление отвечает за движение водной среды и за создание кавитационного эффекта
В полости «улитки» располагается дисковый активатор — диск с особой перфорацией. При вращении диска, жидкая среда в «улитке» приводится в действие, за счет чего происходят кавитационные процессы:
- Электродвигатель крутит дисковый активатор. Дисковый активатор — это самый важный элемент в конструкции теплогенератора, и он, посредством прямого вала или посредством ременной передачи, подсоединён к электродвигателю. При включении устройства в рабочий режим, двигатель передает крутящий момент на активатор;
- Активатор раскручивает жидкую среду. Активатор устроен таким образом, что жидкая среда, попадая в полость диска, закручивается и приобретает кинетическую энергию;
- Преобразование механической энергии в тепловую. Выходя из активатора, жидкая среда теряет ускорение и, в результате резкого торможения, возникает эффект кавитации. В результате, кинетическая энергия нагревает жидкую среду до + 95 °С, и механическая энергия становится тепловой.
Процесс испытания теплогенератора
Испытывать работоспособность теплового генератора можно после того, как будет полностью установлено оборудование, а также проведен визуальный осмотр всех узлов и соединений.
При включении в электросеть двигатель приступает к работе, а манометр давления обязательно устанавливается в диапазоне 8-12 атмосфер.
Затем необходимо спустить воду и понаблюдать за параметрами температуры.
Как показывает практика, оптимальным является прогрев теплоносителя в системе отопления примерно на 3-5оС за одну минуту. Примерно за десять минут эффективный прогрев воды достигает показателей в 60оС.
Подведем итоги
Теперь вы знаете, что собой представляет популярный и востребованный источник альтернативной энергии. А значит, вам будет просто решить: подходит такое оборудование или нет. Также рекомендую к просмотру видео в этой статье.
Готовый тепловой генератор.
В зависимости от типа устройства изменяется и методика его изготовления. Стоит ознакомиться с каждым типом прибора, изучить особенности производства, прежде чем браться за работу. Простой способ изготовить вихревую трубу Ранке своими руками – использовать готовые элементы. Для этого понадобится любой двигатель. При этом прибор большей мощности способен подогреть больше теплоносителя, что увеличит продуктивность системы.
Для успешного сооружения следует найти готовые решения. Создать вихревой теплогенератор своими руками, чертежи и схемы которого будут в наличии, можно без особых сложностей. Для проведения работ по сооружению понадобится следующий инструментарий:
- болгарка;
- железные уголки;
- сварка;
- дрель и набор из нескольких сверл;
- фурнитура и набор ключей;
- грунтовка, красящее вещество и кисточки.
Стоит понимать, что роторные приборы издают достаточно сильный шум при работе. Но в сравнении с прочими устройствами они характеризуются большей производительностью. Чертежи и схемы для изготовления вихревого теплогенератора своими руками можно найти повсеместно. Стоит понимать, что работа будет выполнена успешно исключительно при полном соответствии технологии производства.
